[論文レビュー] The massive eclipsing LMC Wolf-Rayet binary BAT99-129. 1 Orbital parameters, hydrogen content and spectroscopic characteristics

C. Foellmi, A. F. J. Moffat+1 more|CERN Bulletin|Oct 18, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、大マゼラン雲に位置する質量が大きく、食を示すWolf-Rayet連星BAT99-129について、高分解能・位相依存スペクトロスコピーを実施し、信頼性の高い軌道解とスペクトル分解を可能にした。同伴星はO5V型、WR星はWN3ha型と特定され、WRスペクトルに吸収線として明確に水素が存在することを突き止め、これは風駆動吸収を示唆し、質量の大きな星における水素欠乏の仮定に疑問を呈するものであり、GRB生成星モデルや連星進化に影響を与える。

ABSTRACT

BAT99-129 in the LMC is one among a handful of extra-galactic eclipsing Wolf-Rayet binaries known. We present blue, medium-resolution, phase-dependent NTT-EMMI spectra of this system that allow us to separate the spectra of the two components of the binary and to obtain a reliable orbital solution for both stars. We assign an O5V spectral type to the companion, and WN3(h)a to the Wolf-Rayet component. We discuss the spectroscopic characteristics of the system: luminosity ratio, radii, rotation velocities. We find a possible oversynchronous rotation velocity for the O star. Surprisingly, the extracted Wolf-Rayet spectrum clearly shows the presence of blueshifted absorption lines, similar to what has been found in all single hot WN stars in the SMC and some in the LMC. We also discuss the presence of such intrinsic lines in the context of hydrogen in SMC and LMC Wolf-Rayet stars, WR+O binary evolution and GRB progenitors. Altogether, BAT99~129 is the extragalactic counterpart of the well-known Galactic WR binary V444 Cygni.

研究の動機と目的

• 大マゼラン雲に位置する質量が大きく、食を示す連星BAT99-129の両成分の軌道パラメータおよびスペクトル型を特定すること。
• WR星スペクトルに存在する水素の有無とその起源を、特にドップラー・シフトした吸収線を通じて調査すること。
• 水素を豊富に含むWR星の存在が、連星進化およびガンマ線バースト（GRB）生成星モデルに与える影響を評価すること。
• LMCのWR連星V444 Cygniと比較し、水素吸収を示す既知のWR系との類似性を検討すること。
• 風同士の衝突および質量放出が、質量の大きな連星のスペクトル的特徴に果たす役割を評価すること。

提案手法

• NTT-EMMIを用いて、2004年（21枚）、2005年（12枚）に合計33枚の中分解能スペクトル（2100–4380 Å、R ≈ 3500）を取得し、信号対雑音比が高く、位相依存の解析が可能となった。
• 径速度の変化に基づいて、O5V型およびWN3ha型成分の寄与を分離する反復的スペクトル分解手法を用いた。
• 位相依存のスペクトル線のシフトを基に、径速度フィッティングアルゴリズムを適用し、信頼性の高い軌道解を導出した。
• WR成分のスペクトルを、SMCおよびLMCの単一WR星（WNE型）に既知の特徴と比較して、H IおよびHe IIのブルーシフト吸収線を分析した。
• ラインプロファイルのフィッティングおよび軌道解を用いて、光度比、半径、質量放出率、回転速度を推定した。
• 質量の大きな連星進化の理論的モデルと照らし合わせ、本系がGRB生成星としての可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BAT99-129連星系の両成分の軌道パラメータおよびスペクトル型は何か？
• RQ2 WR星スペクトルに観測されるブルーシフト吸収線の起源は何か—風による吸収か、同伴星の寄与か？
• RQ3 WR星の大気中に水素が存在することは、WR進化およびH欠乏に関する現在のモデルにどのように疑問を呈するか？
• RQ4 BAT99-129は、スペクトル的および動力学的性質において、銀河系のWR連星V444 Cygniとどの程度類似しているか？
• RQ5 水素吸収は、長軟性ガンマ線バーストの生成星モデルにどのような意味を持つか？

主な発見

• 軌道解は、信頼性の高い径速度曲線を伴う短周期連星であることを確認し、両星成分の分離が可能となった。
• 同伴星はO5V型、WR成分はWN3ha型と特定され、非常に質量が大きく、水素を豊富に含むWR星であることが示された。
• O5V星は、回転速度が軌道速度を上回る可能性がある過剰同期回転を示している。
• WRスペクトルには、H IおよびHe IIに明確なブルーシフト吸収線が観測され、風領域に水素が存在することを示している。
• 水素吸収は、同伴星由来ではなく、密度が高く高速で動く風成分によるものと推定され、SMCおよびLMCの単一WNE星における報告と整合的である。
• 本系は、銀河系のV444 Cygniの重要な外部銀河的類縁体であり、GRB生成星および質量の大きな連星における風同士の衝突の理解に寄与する。